CN103190878A - 一种多功能医用led照明系统 - Google Patents

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杨天领
石岩
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Abstract

本发明的多功能医用LED照明系统包括四组尺寸完全相同但分别具有R、G、B和UW芯片的LED模块，每个LED芯片的出光面前部安装有结构完全相同的光学准直器，对LED的出射光进行准直。R/G/B三种LED的三路出射光经X型合光片混合为单路出射光，R/UW两种LED的两路出射光经二色镜混合为单路出射光。二色镜通过电机控制作45°旋转，当选择白光照明时，G/BLED不发光，R/UWLED发光，此时UW冷白光加R红光经二色镜混合生成白光光源。当选择RGB窄带光源时，UWLED不发光，此时R/G/B分时发光。当UWLED发生故障时，R/G/BLED同时发光，可作为备用白光光源。在二色镜前面安装聚光透镜，使光源出射光方便耦合进光纤束。本发明结构紧凑，成本低廉，可靠性高，具有高显色性白光及窄带成像。

Description

一种多功能医用LED照明系统
技术领域
本发明涉及一种多功能医用LED照明系统。
背景技术
腔镜外科是今后医学发展的一大主流方向，与传统开腹手术相比，具有手术创伤轻，病人痛苦小，术后恢复快等诸多优点。腔镜的照明系统对获取清晰明显的腔内影像有着至关重要的作用。现有腔镜照明系统多采用气体光源，如氙灯。其优点是光通量大、显色性好。但存在寿命短、能耗高等缺点。LED光源有着高发光效率、长使用寿命的优点，应用于医用照明中则存在着显色性不佳，即显色指数（CRI）较低的问题。如何提高CRI是制约LED应用于医用照明的重要问题，有必要进行技术探索。
获取高显色性LED白光主要有以下两种方法：RGB三基色LED芯片混合生成白光、白光LED与红光LED混合生成白光。
窄带成像技术是一种多光谱成像技术。它采用RGB三种波段的光谱照明，相比白光照明时，可有效改善特殊病灶与周围组织间的对比度，应用也在逐步推广。目前窄带光谱还是依靠3种特殊的滤光片实现，结构复杂，体积也较为庞大。
发明内容
针对医用照明需求，本发明的目的是提供一种结构紧凑，成本低廉，可靠性高，具有高显色性白光及窄带成像的多功能医用LED照明系统。
本发明的多功能医用LED照明系统包括四组尺寸完全相同的LED模块，每组LED模块均包括LED芯片、散热装置、LED驱动控制电路板和镜筒，镜筒内自后端至前端依次装置第一透镜、隔圈、第二透镜和压圈，LED芯片同轴线安装在镜筒的后端，并固定在散热装置上，第一透镜为正透镜，其靠近LED芯片光学面为凹面，面向镜筒前端为凸面，第二透镜为正透镜，其面向LED芯片光学面为凸面，面向镜筒前端为非球面， LED驱动控制电路板与LED芯片相连接，上述的第一组LED模块的LED芯片为红光LED芯片，第二组LED模块的LED芯片为绿光LED芯片，第三组LED模块的LED芯片为蓝光LED芯片，第四组LED模块的LED芯片为冷白光LED芯片，第一组LED模块的第一光轴与第二组LED模块的第二光轴互相垂直，第三组LED模块的第三光轴与第一组LED模块的第一光轴互相重合，出射光方向相反，第四组LED模块的第四光轴与第三组 LED模块的第三光轴互相平行，在第二光轴与第一光轴及第三光轴的交点位置，设置X型合光片，第一组LED模块、第二组LED模块和第三组LED模块距离X型合光片中心的距离完全相等，在第二光轴与第四光轴的交点位置，设置二色镜，在二色镜的出光方向设置聚光透镜，二色镜由电机驱动作45°旋转，四组LED模块的LED驱动控制电路板及电机均与系统控制模块相连。
在进行医用内窥镜使用时，将本发明的多功能医用LED照明系统发出的光经光纤导入人体，为内窥镜进行照明。红/绿/蓝（R/G/B）三种LED的三路出射光经X型合光片混合为单路出射光，红/冷白（R/UW）两种LED的两路出射光经二色镜混合为单路出射光，经聚光透镜将混合光导入光纤。
当选择RGB窄带光源时，系统控制模块控制UW LED不发光，并控制电机将二色镜旋转至与第二光轴重合，此时二色镜对光路不产生影响，系统控制模块控制R/G/B LED按照设定次序分时发光。当选择白光照明时，系统控制模块控制G/B LED不发光、R/UW LED发光，并控制电机将二色镜旋转至与第二光轴和第四光轴共成45°的位置，此时UW冷白光与R红光经由二色镜混合生成白光光源。当UW LED发生故障时，系统控制模块控制R/G/B LED同时发光，并控制电机将二色镜旋转至与第二光轴重合，此时二色镜对光路不产生影响，R/G/B三基色合成备用白光光源。
    系统控制模块可以是计算机。
本发明的多功能医用LED照明系统采用红、绿、蓝、冷白四色LED芯片，应用四路尺寸完全一致的镜筒与准直部件，在一套系统内实现RGB三基色混合白光和冷白光与红光混合白光的不同方案，结构紧凑，成本低廉。本发明直接采用RGB LED分时照明实现窄带光谱照明，结构简单。由于RGB三基色可合成白光，如果冷白光LED芯片损坏，RGB三基色合成白光可作为白光备用光源，备用光源的功能大大提高了光源的可靠性。
附图说明
图1是多功能医用LED照明系统的构成示意图；
图2是单组LED模块示意图；
图3是X型合光片对不同波长光线的透过率曲线图，图中实线为反蓝透红绿二色镜，虚线为反红透蓝绿二色镜，横坐标轴为波长，纵坐标轴为透过率；
图4是透红反蓝绿二色镜对不同波长光线的透过率曲线图，横坐标轴为波长，纵坐标轴为透过率。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
参照图1、图2，本发明的多功能医用LED照明系统包括四组尺寸完全相同的LED模块11、12、13、14，每组LED模块均包括LED芯片8、散热装置7、LED驱动控制电路板6和镜筒5，镜筒5内自后端至前端依次装置第一透镜1、隔圈2、第二透镜3和压圈4，LED芯片8同轴线安装在镜筒5的后端，并固定在散热装置7上，第一透镜1为正透镜，其靠近LED芯片8光学面为凹面，面向镜筒前端为凸面，第二透镜3为正透镜，其面向LED芯片光学面为凸面，面向镜筒前端为非球面，LED驱动控制电路板6与LED芯片8相连接，上述的第一组LED模块11的LED芯片8为红光LED芯片，第二组LED模块12的LED芯片8为绿光LED芯片，第三组LED模块13的LED芯片8为蓝光LED芯片，第四组LED模块14的LED芯片8为冷白光LED芯片，第一组LED模块11的第一光轴20与第二组LED模块12的第二光轴21互相垂直，第三组LED模块13的第三光轴22与第一组LED模块11的第一光轴20互相重合，出射光方向相反，第四组LED模块14的第四光轴23与第三组 LED模块13的第三光轴22互相平行，在第二光轴21与第一光轴20及第三光轴22的交点位置，设置X型合光片9，第一组LED模块11、第二组LED模块12和第三组LED模块13距离X型合光片9中心的距离完全相等，在第二光轴21与第四光轴23的交点位置，设置二色镜10，在二色镜10的出光方向设置聚光透镜15，二色镜10由电机1驱动作45°旋转，四组LED模块11、12、13、14的LED驱动控制电路板6及电机17均与系统控制模块16相连。
在进行医用内窥镜使用时，将本发明的照明系统发出的光经光纤导入人体，为内窥镜进行照明。R/G/B三种LED的三路出射光经X型合光片混合为单路出射光，R/UW两种LED的两路出射光经二色镜混合为单路出射光。当选择RGB窄带光源时，系统控制模块控制UW LED不发光，并控制电机将二色镜旋转至与第二光轴重合，此时二色镜对光路不产生影响，系统控制模块控制R/G/B LED按照设定次序分时发光。当选择白光照明时，系统控制模块控制G/B LED不发光、R/UW LED发光，并控制电机将二色镜旋转至与第二光轴和第四光轴共成45°的位置，此时UW冷白光与R红光经由二色镜混合生成白光光源。当UW LED发生故障时，系统控制模块控制R/G/B LED同时发光，并控制电机将二色镜旋转至与第二光轴重合，此时二色镜对光路不产生影响，R/G/B三基色合成备用白光光源。
X型合光片9对不同波长光线的透过率曲线如图3。透红反蓝绿二色镜10对不同波长光线的透过率曲线如图4。

Claims (1)

1.一种多功能医用LED照明系统，其特征在于包括四组尺寸完全相同的LED模块（11、12、13、14），每组LED模块均包括LED芯片（8）、散热装置（7）、LED驱动控制电路板（6）和镜筒（5），镜筒（5）内自后端至前端依次装置第一透镜（1）、隔圈（2）、第二透镜（3）和压圈（4），LED芯片（8）同轴线安装在镜筒（5）的后端，并固定在散热装置（7）上，第一透镜（1）为正透镜，其靠近LED芯片（8）光学面为凹面，面向镜筒前端为凸面，第二透镜（3）为正透镜，其面向LED芯片光学面为凸面，面向镜筒前端为非球面，LED驱动控制电路板（6）与LED芯片（8）相连接，上述的第一组LED模块（11）的LED芯片（8）为红光LED芯片，第二组LED模块（12）的LED芯片（8）为绿光LED芯片，第三组LED模块（13）的LED芯片（8）为蓝光LED芯片，第四组LED模块（14）的LED芯片（8）为冷白光LED芯片，第一组LED模块（11）的第一光轴（20）与第二组LED模块（12）的第二光轴（21）互相垂直，第三组LED模块（13）的第三光轴（22）与第一组LED模块（11）的第一光轴（20）互相重合，出射光方向相反，第四组LED模块（14）的第四光轴（23）与第三组 LED模块（13）的第三光轴（22）互相平行，在第二光轴（21）与第一光轴（20）及第三光轴（22）的交点位置，设置X型合光片（9），第一组LED模块（11）、第二组LED模块（12）和第三组LED模块（13）距离X型合光片（9）中心的距离完全相等，在第二光轴（21）与第四光轴（23）的交点位置，设置二色镜（10），在二色镜（10）的出光方向设置聚光透镜（15），二色镜（10）由电机（17）驱动作45°旋转，四组LED模块（11、12、13、14）的LED驱动控制电路板（6）及电机（17）均与系统控制模块（16）相连。
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